機械式變速器同步器工作運動分析

趙康　戴明鑫

摘 要 本文通過分析機械式變速器換擋結構原理，確定換擋擋位的同步慣量，得到換擋擋位同步慣量的計算公式，確定同步器運動方程式，最后通過實驗，驗證了該運動方程的準確性，找到了影響同步器性能的影響因素，為變速器的理論計算和設計提供了理論依據。

關鍵詞 機械式變速器 同步器 同步慣量 同步力 同步時間

中圖分類號：U463.2 文獻標識碼：A

0引言

變速器的換擋性能是對于整車的動力性、燃油經濟性、舒適性等都有很大的影響，這就對變速器的換擋性能有了很高的要求。對于機械式變速器（MT）、自動機械師變速器（AMT）及雙離合變速器（DCT）均要考慮變速器換擋時間的大小，對于變速器換擋時間長短的影響因素很多，本文就從變速器的理論計算和試驗驗證等方面給予研究分析。

1同步器工作運動方程

同步器在機械式變速器換擋過程中起到換擋平順、快捷、沖擊小的作用。特別在同步器同步的過程中，可以依據同步器的運動方程式來研究同步器的性能。

（1）

公式（1）中：F同步力；摩擦系數；i同步器摩擦面數量（i=1、2、3）；Ri摩擦錐環半徑； i錐環錐面角；Mm同步扭矩；Jr換算到目標擋位處的同步轉動慣量；△W轉速差；t形成同步時間或同步轉速差所需要的時間；MZ攪油阻力矩，升擋為負值，降擋為正值。

通過公式（1）可以得到：影響同步器同步時間和同步器力的參數，除同步器自身結構參數外，還與Jr換算到目標擋位處的同步轉動慣量、△W同步過程轉速差、MZ攪油阻力矩。

2換算到目標擋位處的同步轉動慣量的確定

變速器在同步過程中各擋位同步慣量對同步時間或者同步力影響很大，所以變速器的慣量對于變速器性能影響很明顯，同時變速器一旦制造定型，變速器慣量就成為定值，它不僅影響換擋的性能及舒適性，也影響整車的動力性、燃油經濟性、及NVH分析與研究。變速器單個零件的轉動慣量可以通過PRE或者CATIVE等三維制圖軟件來直接獲得，但各擋位同步器同步時刻的同步慣量不是所有零件慣量簡單相加，而是要通過換算來確定，如何換算與變速器結構有很大關系。

對于變速器總成來說，一旦設計完成，其結構形狀和傳動關系就已經固定。我們可以根據制圖軟件直接計算出單個零件的轉動慣量。但對變速器各擋轉動慣量的計算，涉及變速器內部所有傳動回轉零件，且各個零件又是繞各自的回轉軸運動的。并不是所有的零件都是繞輸出軸的軸心來回轉的，不能通過轉動慣量定義的公式直接計算。但我們可以通過分析變速器內部各回轉件之間的傳動關系，從能量的角度來找出各零件繞各自轉軸的轉動慣量對輸出軸的影響，如速比。一個定型的變速器總成其速比是固定不變的，且各零件的在變速器內的回轉運動是按一定的速比有規律地進行。

在變速器各擋轉動慣量計算之前，我們必須清楚變速器總成內部所有回轉零件的回轉狀態或傳動關系，這樣才能找出各零件自身的轉動慣量和各擋轉動慣量之間的關系。現在我們就可以應用動能定理按擋位對變速器內部各零件的運動狀態依次進行分析，找出變速器各擋轉動慣量的計算方法。

3試驗結果驗證

為了進一步證實該計算式（14）對于實際變速器工作運動的正確性，在同步器單體試驗臺上進行了大量的研究。同步器單體試驗臺只模擬二軸上的兩個換擋的齒輪在換擋過程中的工況，所以其攪油阻力矩相較整箱的攪油阻力矩會小些。

4結論

從上述的計算分析到試驗驗證，同步器的換擋性能，主要取決于變速器的慣量、同步器的結構，以及摩擦材料的摩擦系數、攪油阻力的大小等因素，這些因素的研究對于同步器的設計有很重要的指導意義，為變速器的性能提高有很重要作用。

參考文獻

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